KR20100121816A

KR20100121816A - Ｌｅｄ 구동회로 및 그 구동방법

Info

Publication number: KR20100121816A
Application number: KR1020090040694A
Authority: KR
Inventors: 박상현
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2009-05-11
Filing date: 2009-05-11
Publication date: 2010-11-19
Also published as: KR101387540B1

Abstract

본 발명은 효율 및 역률을 모두 향상시킬 수 있는 LED 구동회로 및 그 구동방법을 제공한다. 본 발명은 적어도 2개 이상의 LED 소자를 구비하며, 구동전압의 제1 전압구간에서 메인 구동전류에 의해 구동되는 스트링; 및 상기 스트링의 LED 소자중에서 선택된 LED 소자가 상기 구동전압의 제2 전압구간에서 보조 구동전류에 의해 구동되도록 하기 위한 전류 제어부를 구비하는 LED 구동회로를 제공한다.

LED, 효율, 역률, 제어, 전류.

Description

ＬＥＤ 구동회로 및 그 구동방법{LED DRIVING CIRCUIT AND METHOD FOR OPERATING THE SAME}

본 발명은 발광 다이오드(Light Emitting Diode, 이하 LED)를 가지고 있는 구동회로 및 그 구동방법에 관한 것이다.

LED 소자는 반도체 제조공정을 이용하여 제조된 PN 접합 구조를 가진 다이오드로서, PN 접합에서 전자와 홀이 결합할 때 여분의 에너지가 빛으로 방출되는 나오는 소자이다. LED 소자를 구성하는 물질의 종류와 제조공정에서 첨가된 불순물에 따라 LED 소자에서 출력되는 빛의 파장이 달라진다.

LED 소자는 기존의 광원에 비하여 소형이고, 수명이 길고, 효율이 좋으며 고속 응답 특성이 있다. LED 소자는 전술한 장점으로 인해 최근에 액정표시소자를 구비한 평판디스플레이 장치의 백라이트 광원으로 이용되고 있다. LED 소자를 백라이트 광원으로 사용하는 평판디스플레이 장치는 이전의 형광램프를 백라이트 광원으로 사용하는 경우보다 색재현성, 수명등에서 보다 유리한 장점을 가지고 있다.

최근에는 LED 소자가 가지고 있는 고휘도, 낮은 소비전력 및 긴 수명의 장점을 이용하여 조명장치에 LED 소자를 이용하고 있다. 하나의 LED 소자를 이용하여 LED 조명장치를 만들 수도 있고, 다수의 LED 소자를 직렬 또는 병렬로 연결하여 LED 조명장치를 만들 수도 있다.

하나 또는 상대적으로 적은 개수의 LED 소자를 이용하여 조명장치를 구성하게 되면, 교류회로에서 유효전력과 피상전력의 비를 나타내는 역률 특성이 좋아지게 되나, 공급된 전기에너지에 대해 얼마나 빛으로 출력될 수 있나를 나타내는 효율 특성은 나빠지게 된다. 반면에, 상대적으로 많은 개수의 LED 소자를 직렬로 연결한 스트링을 이용하여 조명을 구성하게 되면, 역률 특성은 상대적으로 나빠지게 되며, 효율 특성은 좋아지게 된다.

본 발명은 효율 및 역률을 모두 향상시킬 수 있는 LED 구동회로 및 그 구동방법을 제공한다.

본 발명은 적어도 2개 이상의 LED 소자를 구비하며, 구동전압의 제1 전압구간에서 메인 구동전류에 의해 구동되는 스트링; 및 상기 스트링의 LED 소자중에서 선택된 LED 소자가 상기 구동전압의 제2 전압구간에서 보조 구동전류에 의해 구동되도록 하기 위한 전류 제어부를 구비하는 LED 구동회로를 제공한다.

또한, 본 발명은 다수의 LED 소자가 연결된 스트링을 구동하는 LED 구동회로의 구동방법에 있어서, 구동전압의 제1 전압구간에서 상기 스트링 중 선택된 LED 소자를 보조 구동전류로 구동시키는 단계; 및 상기 구동전압의 제2 전압구간에서 상기 스트링을 메인 구동전류로 구동시키는 단계를 포함하는 LED 구동회로의 구동방법을 제공한다.

본 발명에 의해서 LED 소자를 구비하는 장치의 역률과 효율 특성을 모두 향상시킬 수 있다. 특히, LED 소자를 다수 구비하고 있는 조명장치의 역률과 효율 특성을 모두 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도1은 본 발명을 설명하기 위한 LED 구동회로를 나타내는 회로도이다.

도1을 참조하여 살펴보면, LED 구동회로는 브릿지 회로부(20), 전류제한소자(30), 및 다수의 LED 소자가 직렬 연결된 스트링(40)을 구비한다. 브릿지 회로부(20)는 4개의 다이오드(D1~D4)를 구비하여, 전원공급부(10)로부터 제공되는 AC 전압을 입력받아 스트링(40)에 정류된 전압을 제공하기 위한 것이다. 전류제한소자(30)는 스트링(40)에 일정한 양의 전류가 제공되도록 하기 위한 것이다. 전류제한소자(30)는 도1의 아래에 도시된 바와 같이, 저항, 캐패시터, 바이폴라 트랜지스터, 또는 모스 트랜지스터로 구현할 수 있다. 스트링(40)은 다수의 LED 소자가 직렬 연결되어 있다. LED 구동회로가 출력해야 되는 빛의 양 또는 색에 따라 스트링(40)에 구비되는 LED 소자의 종류와 개수가 정해진다.

도2는 도1에 도시된 LED 구동회로의 동작을 나타내는 파형도이다. 특히, 전원공급부(10)로부터 제공되는 AC 전압이 양의 값을 나타내는 구간을 도시한 것이다. 도3은 도1에 도시된 LED 구동회로의 특성을 나타내는 도표이다.

브릿지 회로부(20)에 의해 출력되는 입력전압(VIN)이 변화할 때에 스트링(40)에 흐르는 구동전류는 제1 케이스(C1)와, 제2 케이스(C2)가 있을 수 있다. 제1 케이스(C1)는 스트링(40)에 구비되는 LED 소자의 수가 상대적으로 많은 경우이고, 제2 케이스(C2)는 스트링(40)에 구비되는 LED 소자의 수가 상대적으로 적은 경우이다. 제1 케이스(C1)의 경우에 스트링(40)에 포함되는 LED 소자가 많기 때문에 상대적으로 큰 전압(Vb) 이상인 제1 구간(X)에서 스트링(40)에 구동전류가 흐르게 되고, 그로 인해 제1 구간(X)에서 스트링(40)으로부터 빛이 방출된다. 제2 케이스(C2)의 경우에는 스트링(40)에 포함되는 LED 소자가 적기 때문에 상대적으로 작은 전압(Va) 이상인 제2 구간(Y)에서 스트링(40)에 구동전류가 흐르게 되고, 그로 인해 제2 구간(Y)에서 스트링(40)으로부터 빛이 방출된다.

조명장치의 성능을 판단할 때 사용하는 요소로 역률과 효율이 있다. 역률은 공급된 피상전력에 대비한 유효전력을 말하는 것이다. 효율은 공급된 전기에너지에 대해 얼마나 빛으로 출력될 수 있나를 나타내는 것이다. 스트링에 구비된 LED 소자의 수가 많은 경우에, 즉 제1 케이스에서는 역률은 나쁘고 효율은 좋은 특성을 가지게 된다. 도3에 도시된 바와 같이, 제1 케이스(C1)처럼 스트링(40)에 LED 소자를 많이 사용하는 경우 전류제한소자(30)가 스트링(40)에 비해 상대적으로 전압이 작게 걸리고 스트링(40)에 전압이 크게 인가되기 때문에 효율특성이 좋다. 그러나, 스트링(40)에 LED 소자가 많은 경우에 입력전압(VIN)과 스트링(40)에 흐르는 구동전류 사이에 위상차가 많아 역률 특성이 나빠지게 된다.

도3에 도시된 바와 같이, 제2 케이스처럼 스트링(40)에 LED 소자를 적게 사용하는 경우 스트링(40)에 비해 전류제한소자(30)에 상대적으로 전압이 크게 걸리고, 스트링(40)에 전압이 작게 인가되기 때문에 효율 특성이 좋지 않으나, 입력전 압(VIN)과 스트링(40)에 흐르는 구동전류 사이에 위상차가 상대적으로 작아 역률 특성은 좋은 편이다.

지금까지 살펴본 바와 같이, 도1과 같이 LED 구동장치를 꾸미게 되면, 효율특성을 높이려고 하면 역률특성이 나빠지고, 역률 특성을 높이려고 하면 효율특성이 나빠지는 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해서 본 발명은 역률 및 효율 특성을 동시에 향상시킬 수 있는 LED 구동회로 및 그 구동방법을 제안한다.

도4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 LED 구동회로를 나타내는 회로도이다.

도4를 참조하여 살펴보면, 본 실시예에 따른 LED 구동회로는 브릿지 회로부(200), 전류 제어부(300), 스트링(400) 및 메인 전류제한소자(500)를 구비한다. 브릿지 회로부(200)는 4개의 다이오드(D5~D8)를 구비하여, 전원공급부(100)로부터 제공되는 AC 전압을 입력받아 스트링(400)에 정류된 구동전압(VIN)을 제공하기 위한 것이다. 전류 제어부(300)는 다수의 단위 전류 제어부(300_1 ~ 300_n)를 포함한다. 스트링(400)은 구동전압(VIN)을 인가받는 다수의 LED 소자가 직렬 연결되어 있다. 메인 전류제한소자(500)는 스트링(400)이 메인전류(I2)에 의해 구동되도록 스트링(400)과 접지전압 공급단(VSS) 사이에 배치되어 있다. 메인 전류제한소자(500)는 일정한 양을 가지는 메인 구동전류(I2)가 스트링(400)에서 접지전압 공급단(VSS)으로 흐르게 한다. 메인 전류제한소자(500)는 저항, 캐패시터, 바이폴라 트랜지스터, 또는 모스 트랜지스터로 구현할 수 있다.

다수의 단위 전류 제어부(300_1 ~ 300_n)는 스트링(400)에 구비된 LED 소자 에 각각 대응하여 연결되어 있으며, 각 단위 전류 제어부(300_1 ~ 300_n)는 대응하는 LED 소자가 예정된 구간에 예정된 구동전류로 구동될 수 있도록 한다. 여기서는 다수의 단위 전류 제어부(300_1~300_n)는 스트링(400)에 구비되는 다수의 LED 소자에 1:1 대응하도록 구성되었다. 그러나, 경우에 따라서는 스트링(400)에 구비되는 다수의 LED 소자를 그룹화하고, 각 그룹에 1:1 대응하도록 단위 전류 제어부(300_1 ~ 300_n)를 구성할 수 있다.

도5는 도4에 도시된 LED 구동회로의 동작을 나타내는 파형도이다.

도5에 도시된 바와 같이, LED 구동회로는 구동전압(VIN)이 변화할 때에 단위 전류 제어부(300_1 ~ 300_n)에 의해 다수의 보조 구동전류(I_1~I_n)가 발생되고, 메인 전류제한소자(500)에 의해 메인 구동전류(I2)가 발생된다. 효율은 유지되고, 역률은 향상될 수 있도록 메인 구동전류(I2)은 보조 구동전류(I_1~I_n)보다 큰 전류량을 가진다. 스트링(400)은 구동전압(VIN)의 제1 전압구간(T1)에서 메인 구동전류(I2)에 의해 구동되며, 전류 제어부(300)는 제1 전압구간(T1)보다 낮은 전압레벨을 가지는 구동전압(VIN)의 제2 전압구간(T2)에서 대응하는 LED 소자가 보조 구동전류(I_1~I_n)에 의해 구동되도록 한다.

다수의 단위 전류 제어부(300_1 ~ 300_n)는 제2 전압구간(T2) 중에서 서로 다른 전압레벨을 가지는 각 구간(a,b,c)에서 예정된 전류(예를 들면 I_1)가 대응하는 LED 소자에서 접지전압 공급단(VSS)으로 각각 흐를 수 있도록 한다. 이때 각 구간(a,b,c)에서 흐르는 전류의 양은 서로 다른 값을 가지게 되고, 특히, 스트링(400)에서 첫번째 연결된 LED 소자에서 마지막에 연결된 LED 소자로 갈수록 대응 하는 단위 전류 제어부에 의해 흐르게 되는 전류량은 더 증가한다.

다수의 단위 전류 제어부(300_1 ~ 300_n)는 구동전압(VIN)이 변화하는 범위 내에서 다수의 보조 구동전류(I_1~I_n)가 가장 최적의 전류량을 가질 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위해 도5에 도시된 바와 같이, 구동전압(VIN)이 반원형태의 모양으로 값이 변화할 때에는 다수의 보조 구동전류(I_1~I_n)의 값을 구동전압(VIN)이 증가함에 따라 점진적으로 증가시켜, 최대한 다수의 보조 구동전류(I_1~I_n) 및 메인 구동전류(I2)에 의한 형태가 구동전압(VIN)의 형태와 맞도록 한다. 다수의 보조 구동전류(I_1~I_n) 및 메인 구동전류(I2)에 의한 형태가 구동전압(VIN)의 형태와 최대한 맞아야 역률 특성이 좋아지는 것이다. 그러나, 다수의 보조 구동전류(I_1~I_n)는 필요에 의해서 구동전압(VIN)이 증가하면서 다수의 보조 구동전류(I_1~I_n)가 일정한 값을 가지거나, 아니면 줄어들게 구성할 수도 있다.

도6은 도4에 도시된 LED 구동회로의 동작 특징을 나타내는 파형도이다.

도6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 LED 구동회로는 구동전압(VIN)이 변화하는 과정에서 도1의 LED 구동회로에 의한 전류생성 패턴(P1)을 따르지 않고, 역률 특성이 향상된 전류생성 패턴(P2)을 따라 동작한다. 이는 본 실시예에 따른 LED 구동회로가 구동전압(VIN)이 변화하는 구간내에서 스트링(400)의 모든 LED 소자가 동작하는 구간(도5의 T1 구간 참고) 이외의 구간(도5의 T2 구간 참고)에서도 각 LED 소자별로 동작하도록 다수의 전류 제어부(300_1 ~ 300_n)를 구비하고 있기 때문이다. 참고로, 전류생성 패턴(P3)은 역률이 100%인 경우를 나타내고 있다.

본 발명의 LED 구동회로는 전류 제어부(300_1 ~ 300_n)를 적절히 구성하여, 실질적으로 역률이 100%가 될 수 있도록 구성할 수 있다. 또한, LED 구동회로가 적용되는 상황에 맞게 요구되는 역률을 만족할 수 있도록 단위 전류 제어부(300_1 ~ 300_n)를 구성할 수도 있다.

도7은 도4에 도시된 단위 전류 제어부의 일실시예를 나타내는 블럭도이다.

도7을 참고하여 살펴보면, 제1 단위 전류 제어부(300_1)는 보조 전류제한소자(310), 제1 스위치부(320), 및 제2 스위치부(330)를 구비한다. 보조 전류제한소자(310)는 보조 구동전류(I_1)를 흐르게 하기 위한 것이다. 제1 스위치부(320)는 구동전압(VIN)의 제1 전압레벨(V1)에서 대응하는 LED 소자로부터 보조 전류제한소자(310)로 보조 구동전류(I-1)가 흐르게 하도록 한다. 제2 스위치부(330)는 구동전압(VIN)의 제2 전압레벨(V2)에서 보조 구동전류(I_1)가 흐르지 하도록 하기 위해 제1 스위치부(310)를 제어한다. 도7에서는 단위 전류 제어부가 제1 스위치부(320), 제2 스위치부(330) 및 보조 전류제한소자(310)를 포함하는 것으로 도시하였으나, 실제 적용되는 경우에 제1 스위치부(320)에 의해 흐르는 전류량을 적절히 조절한다면, 보조 전류제한소자(310)를 없이 구성하는 것도 가능하다.

도8은 도7에 도시된 전류 제어부의 동작을 설명하는 파형도이다.

도8에 도시된 바와 같이, 구동전압(VIN)이 입력되어 증가하는 구간내의 제1 전압레벨(V1)에서 제1 스위치부(320)는 활성화되고, 대응하는 LED 소자로부터 보조 전류제한소자(310)로 보조 구동전류(I-1)가 흐르게 된다. 제2 스위치부(330)는 제2 전압레벨(V2)에서 제1 스위치부(320)가 비활성화되도록 하여 보조 구동전류(I_1)가 더 이상 흐르지 않도록 한다. 또한, 구동전압(VIN)이 입력되어 감소하는 구간내의 제2 전압레벨(V2)에서 제2 스위치부(330)는 제1 스위치부(320)를 활성화시켜 보조 구동전류(I_1)가 흐르도록 한다. 제1 스위치부(320)는 제1 전압레벨(V1)에서 비활성화되어 보조 구동전류(I-1)가 더 이상 흐르지 않도록 한다.

도9는 도4의 단위 전류 제어부의 일실시예에 따른 회로도이다.

도9를 참조하여 살펴보면, 제1 스위치부(320)는 구동전압(VIN)을 기준노드(O)를 기준으로 분배하기 위한 제1 전압 분배부(321)와, 기준노드(O)의 전압레벨에 따라 턴온되어 보조 전류제한소자(310)에서 접지전압 공급단(VSS)으로 전류를 흐르게 하기 위한 제1 트랜지스터(T1)를 구비한다. 제1 전압 분배부(321)는 저항(R1,R2)을 구비한다. 또한, 제1 트랜지스터(T1)는 바이폴라 트랜지스터로 구현하였으나, 경우에 따라서는 모스트랜지스터로 구현할 수도 있다. 제1 스위치부(320)는 제1 트랜지스터(T1)의 베이스단에 인가되는 전압의 안정화를 위해 제1 트랜지스터(T1)의 베이스단과 접지전압 공급단(VSS) 사이에 제너 다이오드(Z1)를 구비한다.

제2 스위치부(330)는 구동전압(VIN)을 분배하기 위한 제2 전압 분배부(331)와, 제2 전압 분배부(331)에 의해 분배된 전압에 응답하여 기준노드(O)와 접지전압 공급단(VSS)을 선택적으로 연결하기 위한 제2 트랜지스터(T2)를 구비한다. 또한, 제2 트랜지스터(T2)는 바이폴라 트랜지스터로 구현하였으나, 경우에 따라서는 모스트랜지스터로 구현할 수도 있다. 제2 스위치부(330)는 제2 트랜지스터(T2)의 베이스단에 인가되는 전압의 안정화를 위해 제2 트랜지스터(T2)의 베이스와 접지전압 공급단(VSS) 사이에 제너 다이오드(Z2)를 구비한다.

도9에서는 단위 전류 제어부가 제1 스위치부(320), 제2 스위치부(330) 및 보 조 전류제한소자(310)를 포함하는 것으로 도시하였으나, 실제 적용되는 경우에 따라 제1 트랜지스터(T1)에 의해 흐르는 전류량을 적절히 조절한다면, 보조 전류제한소자(310) 없이 구성하는 것도 가능하다. 이 경우에는 제1 스위치부(320)에 구비되는 트랜지스터(T1)을 관통하여 흐르는 전류량을 적절하게 제어하여 원하는 전류를 원하는 타이밍에 흐르게 할 수 있다.

계속해서 도9를 참조하여 살펴보면, 구동전압(VIN)이 증가하게 되면, 제1 스위치부(320)의 제1 전압분배부(321)에 의해 기준노드(O)에 전압이 인가되고, 일정한 레벨이상이 되면, 제1 트랜지스터(T1)가 턴온상태가 된다. 제1 트랜지스터(T1)가 턴온되면, 보조 전류제한소자(130)에서 접지전압 공급단(VSS)으로 보조 구동전류(I-1)가 흐르게 된다. 이 전류로 인해 보조 전류제한소자(130)에 대응하는 LED 소자는 동작을 하게 된다. 구동전압(VIN)이 계속해서 증가하게 되면, 제2 전압분배부(331)에 의해 분배된 전압에 의해 제2 트랜지스터(T2)가 턴온 상태가 된다. 제2 트랜지스터(T2)가 턴온 상태가 되면, 제1 트랜지스터(T1)는 턴오프 상태가 된다. 따라서 보조 구동전류(I-1)는 더 이상 흐르지 않게 된다.

그 상태에서 구동전압(VIN)이 더 증가하게 되면, 스트링(400)에 구비된 모든 LED 소자가 턴온 상태가 되고, 그로 인해 메인 구동전류(I2)가 스트링(400)을 관통하여 흐르게 된다. 이때에는 스트링(400)에 구비된 모든 LED 소자가 동작하게 된다. 구동전압(VIN)이 하강하게 되어, 제2 전압분배부(331)에 의해 분배된 전압이 일정한 레벨 이하로 떨어지게 되면, 제2 트랜지스터(T2)가 턴오프 상태가 된다. 이로 인해 제1 트랜지스터(T1)는 턴온 상태가 되어 다시 보조 구동전류(I-1)가 흐르 게 된다. 구동전압(VIN)이 더 감소하게 되면, 제1 전압분배부(321)에 의해 분배된 전압의 레벨이 일정한 레벨 이하로 떨어져 제1 트랜지스터(T1)가 턴오프 상태가 되어 보조 구동전류(I-1)는 더 이상 흐르게 않는다.

도9는 도4에 도시된 단위 전류 제어부(예를 들어 300_1)의 하나를 나타낸 것으로, 전류 제어부(300)에 있는 다수의 단위 전류 제어부가 동작하는 타이밍은 결국 각각 구비된 트랜지스터(예를 들어 T1,T2)의 턴온 및 턴오프 타이밍에 의해 정해진다. 여기서는 트랜지스터(T1,T2)의 턴온 및 턴오프 타이밍은 저항(R1~R4)의 저항값에 의해 정해진다. 도5에 도시된 전류 파형을 얻기 위한 일실시예로서, 전류 제어부(300)의 단위 전류 제어부에 포함되는 저항(R1~R4)의 저항값을 노드(LED_1 ~ LED _n)의 숫자가 증가할수록 증가시키는 방법을 사용할 수 있다.

지금까지 살펴본 바와 같이, 본 실시예에 따른 LED 구동회로는 스트링(400)에 상대적으로 많은 LED 소자를 직렬 연결하고, 각 LED 소자에 대응하는 단위 전류 제어부(300_1 ~ 300_n)가 대응하는 LED 소자에 보조 구동전류가 흐를 수 있도록 한다. 스트링(400)에 구비된 모든 LED 소자는 메인 전류제한소자(500)에 의해 흐르게 되는 메인 구동전류(I2)로 구동이 되며, 또한 각 LED 소자는 대응하는 단위 전류 제어부에 의해 흐르게 되는 보조 구동전류(I_1~I_n)에 의해 구동이 된다. 이때 보조 구동전류는 메인 구동전류보다 전류량이 상대적으로 작기 때문에, 효율 특성에는 영향이 실질적으로 없으며, 구동전압(VIN)이 변화하는 과정에서 메인 구동전류 이외에도 보조 구동전류가 흐르게 됨으로서 LED 구동회로의 역률 특성은 향상된다. 또한, 본 실시예에 따른 LED 구동회로는 스트링(400)에 상대적으로 많은 LED 소자 가 구비되어 있기 때문에, 그 스트링(400)을 구비하는 LED 구동회로는 좋은 효율 특성을 기대할 수 있다. 결론적으로, 본 실시예에 따른 LED 구동회로는 상대적으로 많은 LED 소자와 각 LED 소자에 연결된 단위 전류 제어부로 인해 좋은 효율 특성과 좋은 역률 특성을 기대할 수 있는 것이다.

도10은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 LED 구동회로를 나타내는 회로도이다.

도10에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 LED 구동회로는 브릿지 회로부를 이루는 4개의 다이오드를 구비하고 있는 브릿지 회로부(200A)와, 다수의 LED 소자를 구비하고 있는 스트링(400A)과, 스트링(400)에 구비된 다수의 LED 소자에 각각 대응하는 보조 전류제한소자(IS1~ISn)와, 메인 전류제한소자(500A)와, 보조 전류제한소자(IS1~ISn)를 제어하기 위한 제어부(300A)를 구비한다. 제어부(300A)는 구동전압(VIN)의 전압레벨에 따라 각 전류제한소자(IS1~ISn)에서 접지전압 공급단(VSS)로 각 보조구동전류가 흐를 수 있도록 각 전류제한소자(IS1~ISn)를 제어한다.

제2 실시예에 따른 LED 구동회로도 기본적으로 도5에 도시된 파형과 같은 형태의 구동전류가 흐를 수 있도록 동작한다. 전류제한소자(IS1~ISn)는 스트링(400A)에 구비된 다수의 LED 소자에 1:1 대응할 수도 있고, 경우에 따라서는 스트링(400A)에 구비된 다수의 LED 소자가 그룹화되고, 각 그룹에 1:1 대응할 수도 있다. 보조 전류제한소자(IS1~ISn)는 도1에 도시된 전류제한소자중 어떤 것이나 사용 할 수 있다. 제어부(300A)가 구동전압(VIN)의 어떤 전압레벨에서 각 보조 전류제한소자(IS1~ISn)를 활성화시킬 지는 LED 구동회로가 적용되는 경우에 따라서, 즉 어떤 전류 파형이 필요한 지에 따라 다양하게 정할 수 있다.

도11는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 LED 구동회로를 나타내는 회로도이다.

도11에 도시된 바와 같이, 제3 실시예에 따른 LED 구동회로는 브릿지 회로부(200B), 전류 제어부(300B), 스트링(400B), 및 메인 전류제한소자(500B)를 구비한다. 도12에 도시된 LED 구동회로의 각 구성요소는 도4에 도시된 구성요소와 실질적으로 같은 동작을 수행하지만, 스트링(400B)에 도시된 LED 소자는 그룹화(G1,G2,G3)되어 있고, 각 그룹별로 대응하는 단위 전류 제어부가 연결되어 있다. 여기서는 2개의 LED 소자를 하나의 그룹별로 하였지만, 경우에 따라서 다양한 개수의 LED 소자를 하나의 그룹으로 할 수 있다. 또한, 모든 그룹에 포함되는 LED 소자의 수를 똑같이 할 수도 있고, 서로 다르게 할 수도 있다. 예를 들어 스트링에 있는 첫번째 LED 소자부터 마지막 LED 소자로 갈수록 그룹에 포함되는 LED 소자의 수를 더 많게 할 수 있다. 또한, 전류 제어부(300B)는 도4에 도시된 것과 같은 구성을 할 수도 있고, 도10에 도시된 것과 같은 방법을 이용할 수도 있다.

도12는 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 LED 구동회로를 나타내는 회로도이다.

도12에 도시된 바와 같이, 제4 실시예에 따른 LED 구동회로는 브릿지 회로부(200C), 제1 전류 제어부(300C), 제1 스트링(400C), 및 제1 메인 전류제한소자(500C), 제2 전류 제어부(300D), 제2 스트링(400D), 및 제2 메인 전류제한소자(500D)를 포함한다. 제4 실시예에 따른 LED 구동회로는 기본적으로 도4에 도시된 LED 구동회로와 같은 동작을 수행하며, 2개의 스트링이 병렬로 연결된 경우를 나타내고 있다. 여기서는 2개의 스트링이 병렬로 연결된 경우를 나타냈지만, 경우에 따라서는 더 많은 스트링이 병렬로 연결될 수 있다. 또한, 2개의 스트링에 구비된 모든 LED 소자를 개별적으로 구동하는 것으로 나타내고 있으나, 선택된 일부의 LED 소자만 보조 구동전류가 흐르도록 제어할 수 있다. 또한, 전류 제어부(300C,300D)는 도4에 도시된 것과 같은 구성을 할 수도 있고, 도10에 도시된 것과 같은 구성을 할 수도 있다. 또한, 전류 제어부(300C,300D)는 도11에 도시된 방법과 같은 방법으로 LED 소자를 제어할 수 있다.

도13은 본 발명의 바람직한 제5 실시예에 따른 LED 구동회로를 나타내는 회로도이다.

도13에 도시된 바와 같이, 제5 실시예에 따른 LED 구동회로는 제1 스트링(400E), 제2 스트링(400F), 제1 전류 제어부(300E), 제2 전류 제어부(300F), 제1 메인 전류제한소자(500E), 및 제2 메인 전류제한소자(500F)를 구비한다. 제5 실시예에 따른 LED 구동회로는 전원공급부(100)로부터 제공되는 AC 전압이 양의 값인 경우 동작하는 제1 스트링(400E), 제1 전류 제어부(300E), 및 제1 메인 전류제한소 자(500E)와, 전원공급부(100)로부터 제공되는 AC 전압이 음의 값인 경우 동작하는 제2 스트링(400F), 제2 전류 제어부(300F), 및 제2 메인 전류제한소자(500F)를 구비하고 있다.

제5 실시예에 따른 LED 구동회로는 AC 전압이 양의 값을 가질 경우 동작하는 영역과 음의 값을 가질 경우 동작하는 영역을 모두 가지고 있기 때문에, AC 전압을 정류하는 역할을 하는 브릿지 회로부(도4의 200 참고)를 가지고 있지 않다. 제1 스트링(400E), 제1 전류 제어부(300E), 및 제1 메인 전류제한소자(500E)가 동작하는 방법은 도4에 있는 LED 구동회로와 실질적으로 같으며, 제2 스트링(400F), 제2 전류 제어부(300F), 및 제2 메인 전류제한소자(500F)에 의해 생성되는 구동전류의 파형은 도5에 있는 전류 파형을 음의 값으로 대칭시켜 놓은 것과 같다.

제1 전류 제어부(300E)와 제2 전류 제어부(300F)는 각각 다수의 단위 전류 제어부를 구비하여 대응하는 LED 소자에 보조 구동전류를 각각 흐르게 한다. 제1 전류 제어부(300E)와 제2 전류 제어부(300F)는 스트링에 구비된 모든 LED 소자에 대응하여 단위 전류 제어부를 구비할 수도 있고, 스트링에 구비된 모든 LED 소자를 그룹화하고, 그룹별로 대응하는 단위 전류 제어부를 구비할 수도 있다. 또한, 제1 전류 제어부(300E)와 제2 전류 제어부(300F)는 도10 내지 도12에 도시된 방법과 같이 스트링에 있는 LED 소자를 제어할 수도 있다.

지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 구동회로는 스트링에 구비되는 LED 소자의 제어를 통해 역률과 효율 특성을 모두 향상시킬 수 있다. 앞에 설명한 다양한 LED 구동회로는 스트링에 구비되는 LED 소자를 이용한 독립된 조명장 치로 구현될 수도 있고, LED 소자가 사용되는 다른 장치에 적용될 수도 있다. 또한 본 실시예에 따른 LED 구동회로는 LED 소자가 아닌 일반 다이오드를 구동하는 경우에도 적용 가능하다. 예를 들어, LED 소자가 구비된 평판 디스플레이인 경우에도, 본 발명에서 제공하는 방법과 같이 다수의 LED 소자를 구동하게 되면, 역률과 효율 특성이 모두 좋은 장치를 구현할 수 있다.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도1은 본 발명을 설명하기 위한 LED 구동회로를 나타내는 회로도.

도2는 도1에 도시된 LED 구동회로의 동작을 나타내는 파형도.

도3은 도1에 도시된 LED 구동회로의 특성을 나타내는 도표.

도4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 LED 구동회로를 나타내는 회로도.

도5는 도4에 도시된 LED 구동회로의 동작을 나타내는 파형도.

도6은 도4에 도시된 LED 구동회로의 동작 특징을 나타내는 파형도.

도7은 도4에 도시된 단위 전류 제어부의 일실시예를 나타내는 블럭도.

도8은 도7에 도시된 단위 전류 제어부의 동작을 설명하는 파형도.

도9는 도4에 도시된 단위 전류 제어부의 일실시예에 따른 회로도.

도10은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 LED 구동회로를 나타내는 회로도.

도11은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 LED 구동회로를 나타내는 회로도.

도12는 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 LED 구동회로를 나타내는 회로도.

도13은 본 발명의 바람직한 제5 실시예에 따른 LED 구동회로를 나타내는 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100: AC 전원 공급부 200: 브릿지 회로부

300: 전류 제어부 400: 스트링

500: 메인 전류제한소자

Claims

적어도 2개 이상의 LED 소자를 구비하며, 구동전압의 제1 전압구간에서 메인 구동전류에 의해 구동되는 스트링; 및

상기 스트링의 LED 소자중에서 선택된 LED 소자가 상기 구동전압의 제2 전압구간에서 보조 구동전류에 의해 구동되도록 하기 위한 전류 제어부

를 구비하는 LED 구동회로.
제 1 항에 있어서,

상기 스트링의 메인 구동전류의 전류량을 제한하기 위한 메인 전류제한소자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 구동회로.
제 1 항에 있어서,

상기 보조 구동전류의 전류량은 상기 메인 구동전류의 전류량보다 더 작은 것을 특징으로 하는 LED 구동회로.
제 1 항에 있어서,

입력되는 AC 전압을 정류하여 상기 구동전압으로 제공하기 위한 브릿지 회로부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 구동회로.
제 1 항에 있어서,

상기 전류 제어부는

상기 제2 전압구간의 일측 한계값인 제1 전압레벨에서 상기 선택된 LED 소자에 상기 보조 구동전류가 흐르게 하도록 하는 제1 스위치부; 및

상기 제2 전압구간의 타측 한계값인 제2 전압레벨에서 상기 보조 구동전류가 흐르지 하도록 하기 위해 상기 제1 스위치부를 제어하는 제2 스위치부를 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 구동회로.
제 5 항에 있어서,

상기 전류 제어부는

상기 선택된 LED 소자에 접속되어 상기 보조 구동전류를 상기 선택된 LED 소자로부터 상기 제1 스위치부로 흐르게 하기 위한 보조 전류제한소자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 구동회로.
제 6 항에 있어서,

상기 제1 스위치부는

상기 구동전압을 기준노드를 기준으로 분배하기 위한 제1 전압 분배부; 및

상기 기준노드의 전압레벨에 따라 턴온되어 상기 보조 전류제한소자에서 접지전압 공급단으로 상기 보조 구동전류를 흐르게 하기 위한 제1 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 구동회로.
제 7 항에 있어서,

상기 제2 스위치부는

상기 구동전압을 분배하기 위한 제2 전압 분배부; 및

상기 제2 전압 분배부에 의해 분배된 전압에 응답하여 상기 기준노드와 접지전압 공급단을 선택적으로 연결하기 위한 제2 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 구동회로.
제 1 항에 있어서,

상기 전류 제어부는

상기 구동전압을 각각 입력받아 상기 스트링의 LED 소자중에서 대응하는 LED 소자가 예정된 각각의 보조 구동전류에 의해 구동되도록 하는 다수의 단위 전류제 어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 구동회로.
제 9 항에 있어서,

상기 제2 전압구간은 상기 다수의 단위 전류 제어부 별로 서로 다른 전압범위를 가지는 것을 특징으로 하는 LED 구동회로.
제 9 항에 있어서,

상기 다수의 전류 제어부에서 제어하는 각각의 보조 구동전류는 서로 다른 전류량을 가지는 것을 특징으로 하는 LED 구동회로.
제 9 항에 있어서,

상기 다수의 전류 제어부에서 제어하는 각각의 보조 구동전류의 전류량은 상기 스트링에 첫번째 연결된 LED 소자에서 마지막에 연결된 LED 소자로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 LED 구동회로.
제 9 항에 있어서,

상기 다수의 단위 전류 제어부는 상기 스트링에 구비되는 다수의 LED 소자에 1:1 대응되는 것을 특징으로 하는 LED 구동회로.
제 9 항에 있어서,

상기 다수의 전류 제어부는 상기 스트링에 구비되는 다수의 LED 소자를 그룹화하고, 각 그룹에 1:1 대응되는 것을 특징으로 하는 LED 구동회로.
제 9 항에 있어서,

구동전압의 전압극성을 기준으로 상기 스트링과 반대 방향으로 배치되며, 적어도 2개 이상의 LED 소자를 구비하여 구동전압이 음의 구간이 되는 제3 전압구간에서 제1 구동전류에 의해 구동되는 추가 스트링; 및

상기 추가 스트링의 LED 소자중에서 선택된 LED 소자가 상기 구동전압이 음의 구간이 되는 제4 전압구간에서 제2 구동전류에 의해 구동되도록 하기 위한 추가 전류 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 구동회로.
다수의 LED 소자가 연결된 스트링을 구동하는 LED 구동회로의 구동방법에 있어서,

구동전압의 제1 전압구간에서 상기 스트링중 선택된 LED 소자를 보조 구동전류로 구동시키는 단계; 및

상기 구동전압의 제2 전압구간에서 상기 스트링을 메인 구동전류로 구동시키는 단계

를 포함하는 LED 구동회로의 구동방법.
제 16 항에 있어서,

상기 보조 구동 전류의 전류량은 상기 메인 구동전류의 전류량보다 더 낮은 것을 특징으로 하는 LED 구동회로의 구동방법.
제 16 항에 있어서,

상기 구동전압의 제1 전압구간에서 상기 스트링중 선택된 LED 소자를 보조 구동전류로 구동시키는 단계는

상기 스트링중 선택된 다수의 LED 소자를 다수의 보조 구동전류로 다수의 서로 다른 제1 전압구간에서 각각 구동시키는 것을 포함하는 LED 구동회로의 구동방법.